Diferenciál s omezeným prokluzem

Diferenciál s omezeným prokluzem (nebo s omezeným prokluzem kol diferenciálu ) je diferenciál používá v motorových vozidlech , které, na rozdíl od obvyklého hladkého chodu ( otevřené ) diferenciálu , je tuhá do určité míry. Brzdí náhlé zvýšení rychlosti na hnaném kole, které z. B. dočasně ztratil přilnavost na zemi skokem.

Automatický brzdný moment působící v převodu mezi dvěma hřídeli kol se obvykle generuje jako funkce nákladu, a proto není k dispozici, pokud jedno z obou kol narazilo na kluzký povrch vozovky a nemůže přenášet žádnou hnací sílu na zem. Druhé kolo pak není kompenzováno . V takových případech se používá uzávěrka diferenciálu , jejíž dvě výstupní osy lze navzájem pevně spojit ručním přepínáním. Používá se hlavně v užitkových vozidlech a používá se pouze dočasně při jízdě v obtížném terénu nebo na polích. Musí být možné jet co nejpříměji, protože obě hnací kola se otáčejí přesně stejnou rychlostí a brání řízení.

Diferenciál s omezeným prokluzem, který je často instalován v automobilech, obvykle obsahuje také na zatížení nezávislou malou tuhost, aby mu v případě jednostranné kluzkosti nebylo do určité míry bráněno. Tato tuhost je stálá a vždy účinná, což má při zatáčení mírnou nedotáčivost.

Podmínky

• Otevřený rozdíl je diferenciálu bez blokovacího zařízení.
• Diferenciálu je diferenciál, jehož kompenzační funkci lze zapínat a vypínat. Blokovací účinek je pak 100%; d. Jinými slovy, kola jsou pevně spojená, vždy se otáčejí stejnou rychlostí.
• Samosvorný diferenciál je diferenciální zařízení s konstrukčně zvýšeným třecím odporem. To omezuje vyrovnávací účinek diferenciálu. Rozdělení točivého momentu při jízdě rovně po homogenním povrchu vozovky je 50%: 50%.
• Nápravy nebo příčné rozdíl je diferenciálu pro vyrovnání rychlosti mezi dvěma koly hnané nápravy.
• Podélný, centrální nebo centrum zámek je diferenciálu pro vyrovnání rychlosti mezi dvěma poháněnými nápravami. Kromě obvyklých diferenciálů náprav se zde používají také planetová kola, která rozdělují točivý moment mezi nápravy v poměru 40%: 60% nebo 33%: 67% (v automobilech obvykle jako poměr přední a zadní nápravy).

funkce

Úkolem diferenciálu s omezeným prokluzem je vždy dodávat minimální množství hnacího momentu na každé kolo a současně umožňovat různé rychlosti na obou kolech. Může být uvolněn čistě mechanickými prostředky, například třecími spojkami. Alternativní řešení jsou založena na mechanickém tření ve spirálových převodech (např. V diferenciálních převodech Torsen ) nebo mezi kluznými bloky a vačkovými kotouči nebo jsou založena na tekutém tření ve viskózních spojkách. Další principy jsou založeny na volnoběžce: V diferenciálu bez otáčení od společnosti EATON jsou obě hnané nápravy ke kolům pevně spojeny se střední hnací částí a navzájem se psí spojkou . V zatáčkách běží vnější kolo rychleji, což otevírá vnější spojku a kolo se otáčí rychleji než vnitřní, jako by se uvolnilo volnoběžkou.

Zámek pevné hodnoty

Zámek s pevnou hodnotou je uzávěrka diferenciálu, která „kola“ pevně „nezablokuje“ (100%), ale umožňuje jim neustále se otáčet („pevná hodnota“) proti sobě, bez ohledu na zatížení. U tohoto nejjednoduššího mechanického řešení jsou oba výstupní hřídele spojeny s klecí diferenciálu tažením každého pomocí třecí spojky. I. d. Kontaktní tlak generovaný pružinou (pružinami) je zpravidla konstantní; každé kolo obsahuje relativně malý hnací moment, pokud by se druhé mělo točit. Mezi oběma koly však existuje také konstantní diferenciální točivý moment, který podle jeho hodnoty brání zatáčení.

Diferenciály s omezeným prokluzem závislé na zatížení

Blokovací účinek je automaticky generován například třecími spojkami, jejichž kontaktní síla je úměrná zatížení (představované točivým momentem vstupujícím do převodovky). Do této skupiny patří také diferenciály s omezeným skluzem Torsen.

• U normálních diferenciálů s kuželovými převody působí reakční síly z ozubení již jako rozpínací síly, které společně s klecí diferenciálu vedou k třecím silám, a tím k blokovacímu účinku.
• Silnější lisovací síly se dosáhnou s přítlačnými kroužky, které jsou odtlačovány od diferenciálního šroubu (hřídel pro planetová kuželová ozubená kola) rotujícího s klecí diferenciálu. Šroub klouže po plochách nakloněných v obvodovém směru na přítlačné kroužky a generuje axiální síly na kroužky, které tvoří třecí spojky s protilehlými povrchy v diferenciálním nosiči. Varianty s různými úrovněmi blokování lze vyrobit s odlišným úhlem úkosu kontaktních ploch na přítlačných kroužcích.

Přeneste xnásobek hnacího momentu účinného na druhém kole na kolo s nižším prokluzem. Poměr x se označuje jako TBR ( Torque Bias Ratio , rozsah hodnot 1 ... ∞ , viz níže).

Aby bylo kolo poháněno po pevném podkladu, i když se druhé volně točí (hnací moment = 0), jsou diferenciály omezeného prokluzu závislé na zatížení podporovány kontrolou trakce ESP, přičemž účinek zesílení TBR má výhody oproti otevřený diferenciál při řízení.

Diferenciály s omezeným prokluzem závislé na rychlosti

Účinek blokování závisí na rozdílu rychlostí mezi koly. U viskózních spojek , které se používají k samosvornosti diferenciálních převodů, vznikají smykové síly mezi z. B. spojkové lamely a kapalina (většinou silikonový olej ), které vytvářejí blokovací účinek prostřednictvím vnitřního tření v převodovce, pokud existuje rozdíl v rychlosti mezi dvěma hnanými koly.

Poměr zkreslení točivého momentu, hodnota blokování a účinnost

Uzamykací efekt je kvantifikován pomocí poměru zkreslení točivého momentu TBR (viz výše) a uzamykací hodnoty S. Obě jsou funkce momentů M _R (vpravo) a M _L (vlevo) na obou kolech.

Poměr zkreslení točivého momentu:

${\ displaystyle TBR = {\ frac {{\ text {větší okamžik}} (M_ {L} {\ text {nebo}} M_ {R})} {{\ text {menší okamžik}} (M_ {R} { \ text {or}} M_ {L})}} = 1 \ ldots \ infty}$ .

Hodnota zámku:

${\ displaystyle S = {\ frac {| M_ {L} -M_ {R} |} {(M_ {L} + M_ {R})}} = 0 \, \ ldots 1 \, \ qquad ({\ text {or:}} = 0 \, \% \ ldots 100 \, \%)}$ .

Převodní vzorce:

${\ displaystyle TBR = {\ frac {1 + S} {1-S}} \ qquad S = {\ frac {TBR-1} {TBR + 1}}}$ .

Hodnota blokování popisuje maximální rozdíl mezi momenty rozloženými mezi obě kola.

Často používané hodnoty pro S jsou 25% až 50%. Při 50% znamená, že rychlejší kolo je poháněno 1/4, pomalejší s 3/4 vstupního momentu (3/4 - 1/4 = 1/2 nebo 50%), což odpovídá TBR 3 (3./4 ÷ 1/4 = 3).

U otevřeného diferenciálu jsou momenty vpravo a vlevo ideálně stejné: M _R = M _L, takže S = 0% a TBR = 1.

Brzdný moment působící na třecí spojky převádí hnací sílu na teplo, tím větší je odchylka rychlosti Δn ve vztahu ke střední rychlosti n. Vzorec pro účinnost η je:

${\ displaystyle \ eta = 1-S \ cdot {\ frac {\ Delta n} {n}} = 1-S \ cdot {\ frac {W} {2R}}}$

Δn = absolutní odchylka vpravo a vlevo od střední rychlosti

W = rozchod kol

R = střední poloměr křivky

Příklad: S = 0,5; W = 1,5 m; R = 10 m; η = 0,955 (95,5%)

Odlišení od kontroly trakce

Diferenciály s omezeným prokluzem nelze zaměňovat se systémy kontroly trakce , které jsou zase známé jako „kontrola trakce“ nebo „kontrola trakce“ nebo pod názvy specifickými pro výrobce, jako jsou ASC nebo ASR.

Kontrola trakce je nyní k dispozici jako čistě softwarová funkce programu elektronické stability (ESP) téměř u každého vozidla. ESP částečně napodobuje účinek diferenciálu s omezeným prokluzem. Jelikož však ESP může v závislosti na aplikaci pouze brzdit, je zabrzděno až 50% (pohon v jedné ose) výkonu motoru. ESP tedy nabízí levnou pomoc v případě nouze, ale zdaleka nedosahuje výkonu diferenciálů s omezeným prokluzem a je obzvláště nevhodný pro obtížný terén a pro sportovní použití.

V kombinaci kontroly trakce se oba systémy navzájem těží, ale ESP vyžaduje pro stabilizační zásah použití diferenciálů s omezeným prokluzem snímajících točivý moment.

Nevýhody jednoduchých (mechanických) diferenciálů s omezeným prokluzem

Jednoduché uzávěry diferenciálu reagují na různé rychlosti a momenty bez ohledu na příčiny. V některých situacích tedy existují nevýhody:

• Mnoho konstrukcí (zejména variant s třecími disky) podléhá mechanickému opotřebení, takže účinek blokování se může snižovat, protože vozidlo běží déle.
• U některých konstrukcí je nutná oddělovací spojka nebo volnoběh, aby byla kompatibilní s protiblokovacím systémem (ABS) nebo ESP, protože jinak zpětná vazba mezi jednotlivými koly ztěžuje nebo znemožňuje ovládání.
• Zámky citlivě reagují na pneumatiky s různým obvodem odvalování (například kvůli odlišnému tlaku vzduchu, různé hloubce dezénu), protože vedou k rozdílným rychlostem a mají za následek zvýšené opotřebení. Například rychlost jízdy a dojezdová vzdálenost u nouzových jízdních kol jsou omezené.
• Při zatáčení pod mezním rozsahem (každodenní provoz) mohou vést ke zvýšené nedotáčivosti , protože zde je v zatáčkách omezena požadovaná kompenzace rychlosti.

U otevřených diferenciálů nápravy přenášejí obě kola stejné množství točivého momentu, takže kolem svislé osy vozidla není žádný stáčící moment. V případě diferenciálů s omezeným prokluzem může být hnací síla na nápravu také rozložena asymetricky. Vznikne stáčivý moment, který řidič možná bude muset kompenzovat protivětrem. To má za následek další nepříznivé účinky:

• U diferenciálu s omezeným prokluzem přední nápravy může řidič u volantu cítit rozdíl v tažné síle. Z důvodu pohodlí se proto na přední nápravě obvykle volí pouze nízká hodnota blokování.
• U vozidel s uzávěrkou diferenciálu zadní nápravy může jednostranná plynulost vést k vybočení. Bez protisměrného řízení způsobí zatáčivý moment točení vozidla směrem k hladší straně vozovky.

literatura

• Johannes Loomann: Diferenciály s omezeným prokluzem v motorových vozidlech , časopis VDI 110 (1968), č. 6, s. 209-216.
• John Loomann: převodovka , Springer-Verlag , 1988, ISBN 3-540-18307-8 .
• Siegfried Wetzel: Technologie v experimentech - převodovky , řada Phywe , Industrie-Druck GmbH - Verlag, Göttingen, 1973, 4.8. Samosvorný diferenciál (uzávěrka pevné hodnoty) .

webové odkazy

• www.ArsTechnica.de : animovaná grafika diferenciálů s omezeným prokluzem a informace o pozadí

Poznámky

1. ^ John Loomann: převodovka , Springer, 1988, ISBN 3-540-18307-8 , s. 349
2. ↑ Obrázek uzávěrky diferenciálu: otevřený kuželový diferenciál, jehož hnací hřídel kola (zobrazený vpravo) lze připojit na ozubené kolo na vstupu převodovky, a tedy na klec diferenciálu a na další hnací hřídel kola v momentu - důkazní způsob. [1]
3. ↑ Harald Naunheimer; Bernd Bertsche; Gisbert Lechner, „ Převodovka vozidla “, oddíl 6.8.3 „Diferenciály, uzávěrky diferenciálu a diferenciály s omezeným prokluzem“, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007, 2. vydání 2007, ISBN 978-3-540-30625-2
4. ↑ ^{a b} Loomann, s. 353
5. ↑ Seznam dalších asi 20 staveb, viz Loomann, s. 389–370
6. ↑ Obrázek samosvorného diferenciálu s kuželovým kolem závislým na zatížení: Diferenciální šroub tlačí na nakloněné povrchy přítlačných kroužků, které leží proti němu, a které následně přitlačují vnější spojkové lamely k sobě. Nejvzdálenější disk je talířová pružina, která předem stlačí lamely dohromady a vytvoří komponentu zámku s pevnou hodnotou. [2]
7. ↑ Obrázek samosvorného diferenciálu s kuželovým kolem závislým na rychlosti s vestavěnou viskózní spojkou, který obtížně spojuje zobrazený hnací hřídel kola s klecí diferenciálu, a tedy s druhým hnacím hřídelem kola. [3]
8. ↑ Loomann, s. 365